EP1089246A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Therapiekontrolle und- optimierung bei Sprachstörungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Therapiekontrolle und- optimierung bei Sprachstörungen Download PDF

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EP1089246A2 EP00118613A EP00118613A EP1089246A2 EP 1089246 A2 EP1089246 A2 EP 1089246A2 EP 00118613 A EP00118613 A EP 00118613A EP 00118613 A EP00118613 A EP 00118613A EP 1089246 A2 EP1089246 A2 EP 1089246A2
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EP
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speech
patient
stage
database
articulation
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Siemens Corp
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    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/04—Speaking

Definitions

  • the invention relates to a method and device for therapy control and optimization for speech disorders and an apparatus for performing this method.
  • the invention is therefore based on the object of a method and a device suitable for carrying it out create that enables a patient to work independently
  • a controlled technical device Conduct language training, even without specifications, such as from Sentenced sentences or the like, works.
  • the invention provides that the patient's language is recorded and about a Speech assessment system, speech recognition algorithms and contains a phonetic database, a quantifiable one Similarity measure of the patient's ability to articulate is determined, which is saved and / or as biofeedback is spent on the patient.
  • the determination of the similarity measure of the ability to articulate can be done in different ways, for example in that it is used as a correlation factor of acoustic Spectra of the database articulation and the current one Patient articulation is calculated. In any case, it has to Similarity measure should be chosen so that it is also a measure for the intelligibility of the spoken word by one impartial third party.
  • the especially for regular monitoring of training success by a doctor or speech therapist is - is the addressed biofeedback to the patient, for example in the form of a number, an optical or acoustic Signals of different intensities, one of a kind Text display on a monitor, where appropriate also instructions for changing the patient's articulation can be made or the like, of very considerable Importance.
  • This constant biofeedback enables the patient yes, a reasonably sensible training without speech therapists.
  • the method according to the invention can be configured of the invention in the manner of a training method be that a programmable database is provided which repeat selected words or sentences to the patient leaves. In such a case - the one articulated by the patient Word is then certain - if one is needed Speech recognition, for example using speech recognition algorithms, Not. In all other cases, however, you must first have a Speech recognition system will be tried from the recorded Speech signal to recognize the spoken words, d. H. assign to a word in the saved database.
  • Procedures are not limited to this either the measure of similarity of one spoken by a patient Word with a given word (with or without a previous one Recognition of the spoken word), but in doing so can also articulate the context of words and Speech rhythms, such as missing or long interword breaks, be judged with.
  • Such pre-structured database training programs can also be used for diagnostic purposes.
  • the patient has to repeat or read a selection of sentences and words.
  • the diagnostic system After calculating the similarity measures with the corresponding ones Words or sentences in a phonetic database the diagnostic system by evaluating statistics over longer periods Texts determine where the focus of the deficits is and then possibly even with the help of expert systems map to underlying lesions (e.g. the area of the damaged cerebral cortex or for a lesion in the Refer brainstem etc.).
  • the method according to the invention is also suitable to control and control patient treatment, in particular the medication. It is known that long-term medication with medications such as B. antidepressants or antiepileptics, neurological deficits, including in the linguistic area can trigger. The procedure described can both be used to prevent the occurrence of such Deficits to monitor, as well as directly to the dosage of the Optimizing medication individually between desired therapeutic effect and minimization of undesirable side effects.
  • a device which is characterized by a voice recording device with a downstream Memory and a phonetic database shared to one a language assessment system containing a comparison level and an evaluation level are connected to which an output memory and / or a biofeedback stage and a patient monitor are connected downstream, the voice recording device and the comparison level can in a further embodiment
  • a working with speech recognition algorithms Speech recognition device may be interposed to unknown, that is, words that are not given by the system, are immediate have been formulated by the patient, first by Comparison with words to recognize a database so that then the word thus recognized with the ideal articulation correlated from the phonetic database and the desired degree of similarity can be calculated.
  • the optical and acoustic Playback devices may contain connected programmable database for output of language examples, which the patient should repeat can, according to another Embodiment of the invention can also be provided that the output memory a long-term comparison and assessment level the saved similarity measures to either map underlying lesions or to control and optimize the medication.
  • Device according to the invention as a portable training device to train, not only in the speech therapy center on a stationary Work equipment enables work, but one extensive patient training allowed at home, or can be worn on the body and thus used on the go can be.
  • the device contains a voice recording device 1, for example a microphone that is at least a fleeting one Data storage 2 is connected downstream.
  • a signal preprocessing stage indicated that the signals from the data storage prepare in a suitable manner, for example also can digitize when a digitized speech assessment should take place, but such a signal preprocessing stage 3 is not required in all cases.
  • a speech recognition level 4 which is also only optionally required the recorded signal of the patient's speech
  • a Speech assessment system 5 fed which is a comparison stage 6 and an evaluation stage 7 for calculating a similarity measure contains.
  • the comparison level is next to that Speech signal of the patient connected to a phonetic database 8, in which either the given or in the Speech recognition level 4 recognized word is retrieved.
  • the Language assessment system with comparison level 6 and Evaluation level 7 calculates a similarity measure to the ideally articulated one Word of the phonetic database 8, e.g. B. one Correlation factor of the acoustic spectra of the database articulation and the current patient articulation. Independently how quantitatively determines the similarity measure in any case, it must be chosen so that it is also a measure of the intelligibility of what is spoken Word by an impartial third party.
  • the calculated similarity measures are stored in a data memory 9 fed, from which they either via an interface 10 can be called up by the doctor or therapist, or else from which a query and display on one at any time Monitor 11 can be done with an optical and acoustic Playback device is provided. Possibly can store the data in memory 9 a long-term assessment level 12 are supplied, the changes in the similarity measures and the possible conclusions from Art of the lesions and any shortcomings in medication of the patient can calculate.
  • a very essential part of a device according to the invention is the biofeedback level 13, which is in the evaluation level 7 calculated similarity values in the form of biofeedback, that is, a number of an optical or acoustic signal a spoken or written text or the like outputs to the patient via the monitor 11, so that the patient receives an actual correction and performance review.
  • a programmable database with an input device 15, about which the doctor or speech therapist special Programs can be entered or pre-structured to be targeted Create training blocks that are tailored to the special disability of the respective patient Can promote deficits.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Therapiekontrolle und -optimierung bei Sprachstörungen, wobei die Sprache des Patienten aufgezeichnet und über ein Sprachbeurteilungssystem, das Spracherkennungsalgorithmen und eine phonetische Datenbank enthält, ein quantifizierbares Ähnlichkeitsmaß der Artikulationsfähigkeit des Patienten ermittelt wird, das gespeichert und/oder als Biofeedback an den Patienten ausgegeben wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zur Therapiekontrolle und -optimierung bei Sprachstörungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Patienten nach einem Schlaganfall oder einem Gehirntrauma leiden häufig unter Sprachstörungen. In Rehabilitationsprogrammen wird versucht in Trainingssitzungen mit Logopäden, zunehmend auch unter Einsatz von Computer-Trainingssoftware, die Fähigkeit zu sprechen wiederherzustellen. Vorrangiges Ziel ist hierbei, dass der Patient im Alltag so kommunizieren kann, dass er von seinen Mitmenschen verstanden wird. Neben Defiziten in der Wortfindung und der grammatikalischen Satzbildung ist häufig auch die Sprachmotorik betroffen, so dass der Patient die Worte zwar artikuliert, aber von anderen nicht oder nur schlecht verstanden wird. Der Patient selbst kann jedoch, ohne direktes Feedback eines Therapeuten oder einer betreuenden Person, oft gar nicht beurteilen wie verständlich oder unverständlich seine Artikulation ist. Da die Sitzungen mit Logopäden nur einige Stunden in der Woche ausmachen ist der mögliche Trainingsaufwand sehr stark begrenzt und in der übrigen Zeit ist der Patienten alleine nicht in der Lage sinnvolle Übungen durchzuführen, da ja die Kontrolle fehlt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, die es einem Patienten ermöglicht selbständig mit Hilfe einer technischen Vorrichtung ein kontrolliertes Sprachtraining durchzuführen, das auch ohne Vorgaben, wie vom Lehrer vorgesprochenen Sätzen od. dgl., funktioniert.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sprache des Patienten aufgezeichnet und über ein Sprachbeurteilungssystem, das Spracherkennungsalgorithmen und eine phonetische Datenbank enthält, ein quantifizierbares Ähnlichkeitsmaß der Artikulationsfähigkeit des Patienten ermittelt wird, das gespeichert und/oder als Biofeedback an den Patienten ausgegeben wird.
Sprachschulungssysteme, in denen ein Schüler eine fremde Sprache besser und ohne ständige Anwesenheit eines Lehrers erlernen sind zwar bereits in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt geworden. Wir verweisen hierzu beispielsweise auf die US-Patentschriften 5 340 316, 5 536 171, 5 540 589 und 5 717 828 sowie die EP 0 360 909 A1 und die GB 2 272 097 A. Dabei geht es aber immer nur darum, dass ausgehend von bestimmten Eingaben des Schülers das System die Richtigkeit anhand der gespeicherten Programme erkennt, um dann gegebenenfalls falsche Aussprachen zu korrigieren oder bei Fehlübersetzungen die gespeicherte Lösungsübersetzung der Schülerlösung gegenüber zu stellen. Auch wenn nicht über eine Eingabetastatur gearbeitet wird, sondern der Schüler seine Eingaben spricht und das System ebenfalls mit Sprache antwortet, stellt sich hierbei nicht das Problem, dass der Schüler die von ihm gesprochenen Worte in ihrer Artikulation nicht beurteilen kann. Er kann zwar einmal ein Wort falsch aussprechen, kann aber das sofort korrigieren, wenn ihm vom System die richtige Aussprache gegeben wird. Genau an diesem Punkt ergeben sich die Schwierigkeiten, wenn es darum geht, eine Therapiekontrolle und -optimierung bei Sprachstörungen, beispielsweise gehirnverletzter Patienten, anbieten zu wollen. Immer aber geht es um ein Nachsprechen von Vorgaben des Lehrers oder des Übungsprogramms.
Die Bestimmung des Ähnlichkeitsmaßes der Artikulationsfähigkeit kann dabei in unterschiedlicher Weise erfolgen, beispielsweise dadurch, dass es als Korrelationsfaktor der akustischen Spektren der Datenbank-Artikulation und der aktuellen Patientenartikulation errechnet wird. In jedem Fall muss das Ähnlichkeitsmaß so gewählt sein, dass es gleichzeitig ein Maß für die Verständlichkeit des gesprochenen Wortes durch einen unvoreingenommenen Dritten ist.
Neben der Speicherung der errechneten Ähnlichkeitswerte - die insbesondere für eine regelmäßige Kontrolle des Trainingserfolgs durch einen Arzt oder Logopäden von Bedeutung ist - ist dabei das angesprochene Biofeedback an den Patienten, beispielsweise in Form einer Zahl, eines optischen oder akustischen Signals verschiedener Intensitäten, einer irgendwie gearteten Textanzeige auf einem Monitor, in der gegebenenfalls auch Anweisungen zur Veränderung der Artikulation beim Patienten gemacht werden können od. dgl., von ganz erheblicher Bedeutung. Dieses ständige Biofeedback ermöglicht dem Patienten ja erst ein einigermaßen sinnvolles Training ohne Logopäden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei in Ausgestaltung der Erfindung in der Weise als Trainingsverfahren ausgebildet sein, dass eine programmierbare Datenbank vorgesehen ist, die den Patienten ausgewählte Wörter oder Sätze nachsprechen lässt. In einem solchen Fall - das jeweils vom Patienten artikulierte Wort steht ja dann fest - bedarf es einer Spracherkennung, beispielsweise über Spracherkennungsalorithmen, nicht. In allen anderen Fällen muss aber erst über ein Spracherkennungssystem versucht werden, aus dem aufgezeichneten Sprachsignal die gesprochenen Worte zu erkennen, d. h. einem Wort in der gespeicherten Datenbank zuzuordnen.
Bei der Bestimmung eines Ähnlichkeitsmaßes ist das erfindungsgemäße Verfahren auch nicht darauf beschränkt lediglich das Ähnlichkeitsmaß eines von einem Patienten gesprochenen Wortes mit einem vorgegebenen Wort (mit oder ohne vorherige Erkennung des gesprochenen Wortes) zu ermitteln, sondern dabei kann auch die Artikulation von Wortzusammenhängen und Sprachrhythmen, wie etwa fehlende oder überlange Zwischenwortpausen, mit beurteilt werden.
In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, eine Datenbank einzusetzen, die Trainingseinheiten vorgeben kann, die durch Expertenwissen eines Logopäden oder Neurologen so vorstrukturiert sind, dass sie auf bekannte Schwerpunkte von Defiziten, z. B. die Unfähigkeit bestimmte Laute, wie "r" oder "s", oder bestimmte Kombinationen von Lauten auszusprechen, besonders eingeht, indem gezielt Übungen, die solche Laute enthalten ausgewählt werden.
Derart vorstrukturierte Datenbank-Trainingsprogramme können auch zu Diagnosezwecken verwendet werden. Der Patient muss eine Auswahl von Sätzen und Worten nachsprechen bzw. vorlesen. Nach Berechnung der Ähnlichkeitsmaße mit den entsprechenden Worten oder Sätzen einer phonetischen Datenbank kann das Diagnosesystem durch Auswertung von Statistiken über längere Texte bestimmen, wo die Schwerpunkte der Defizite liegen und anschließend eventuell sogar mit Hilfe von Expertensystemen auf zugrunde liegende Läsionen abbilden (z. B. das Areal der geschädigten Hirnrinde bestimmen oder auf eine Läsion im Hirnstamm verweisen usw.).
Schließlich eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Kontrolle und Steuerung der Patientenbehandlung, insbesondere der Medikation. Bekannt ist, dass eine Langzeitmedikation mit Medikamenten, wie z. B. Antidepressiva oder Antiepileptika, neurologische Defizite, unter anderem auch im sprachlichen Bereich auslösen kann. Das beschriebene Verfahren kann sowohl eingesetzt werden, um das Auftreten solcher Defizite zu monitoren, als auch direkt um die Dosierung der Medikamente individuell zu optimieren zwischen erwünschter therapeutischer Wirkung und Minimierung unerwünschter Nebeneffekte.
Zur Durchführung des Verfahrens ist in Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch eine Sprachaufnahmeeinrichtung mit nachgeschaltetem Speicher und eine phonetische Datenbank, die gemeinsam an ein eine Vergleichs- und eine Auswertestufe enthaltendes Sprachbeurteilungssystem angeschlossen sind, dem ein Ausgabespeicher und/oder eine Biofeedbackstufe sowie ein Patientenmonitor nachgeschaltet sind, wobei der Sprachaufnahmeeinrichtung und der Vergleichsstufe kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine mit Spracherkennungsalgorithmen arbeitende Spracherkennungseinrichtung zwischengeschaltet sein, um unbekannte, also nicht vom System vorgegebene Worte, die unmittelbar vom Patienten formuliert worden sind, zunächst durch Vergleich mit Worten einer Datenbank zu erkennen, so dass dann anschließend das so erkannte Wort mit der Ideal-Artikulation aus der phonetischen Datenbank in Korrelation gebracht und das gewünschte Ähnlichkeitsmaß errechnet werden kann.
Neben einer mit dem Patientenmonitor, der optische und akustische Wiedergabeeinrichtungen enthalten kann, verbundenen programmierbaren Datenbank zur Ausgabe von Sprachbeispielen, die der Patient nachsprechen soll, kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung auch vorgesehen sein, dass dem Ausgabespeicher eine Langzeitvergleichs- und Beurteilungsstufe der gespeicherten Ähnlichkeitsmaße nachgeschaltet ist, um hieraus entweder zugrunde liegende Läsionen abzubilden oder aber die Medikation zu kontrollieren und zu optimieren.
Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, die erfindungsgemäße Vorrichtung als tragbares Trainingsgerät auszubilden, das nicht nur im Logopädiezentrum an einem stationären Arbeitsgerät ein Arbeiten ermöglicht, sondern ein umfangreiches Training des Patienten zu Hause gestattet, oder am Körper getragen werden kann und somit unterwegs genutzt werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Therapiekontroll- und -optimierungsvorrichtung zeigt.
Die Vorrichtung enthält eine Sprachaufnahmeeinrichtung 1, beispielsweise ein Mikrofon, der ein zumindest flüchtiger Datenspeicher 2 nachgeschaltet ist. Bei 3 ist eine Signalvorverarbeitungsstufe angedeutet, die die Signale aus dem Datenspeicher in geeigneter Weise vorbereiten, beispielsweise auch digitalisieren kann, wenn eine digitalisierte Sprachbeurteilung erfolgen soll, wobei aber eine solche Signalvorverarbeitungsstufe 3 nicht in allen Fällen erforderlich ist. Über eine ebenfalls nur optional benötigte Spracherkennungsstufe 4 wird das aufgezeichnete Signal der Patientensprache, einem Sprachbeurteilungssystem 5 zugeführt, das eine Vergleichsstufe 6 und eine Auswertestufe 7 zur Berechnung eines Ähnlichkeitsmaßes enthält. An die Vergleichsstufe ist neben dem Sprachsignal des Patienten eine phonetische Datenbank 8 angeschlossen, in der das entweder vorgegebene oder in der Spracherkennungsstufe 4 erkannte Wort abgerufen wird. Das Sprachbeurteilungssystem mit der Vergleichsstufe 6 und der Auswertestufe 7 berechnet ein Ähnlichkeitsmaß zu dem idealartikulierten Wort der phonetischen Datenbank 8, z. B. einen Korrelationsfaktor der akustischen Spektren der Datenbankartikulation und der aktuellen Patientenartikulation. Unabhängig davon, wie das Ähnlichkeitsmaß quantifizierbar bestimmt werden soll, muss es jedenfalls so gewählt sein, dass es gleichzeitig ein Maß für die Verständlichkeit des gesprochenen Wortes durch einen unvoreingenommen Dritten ist. Es geht ja nicht etwa um die Beurteilung des Ähnlichkeitsgrades von Spektren, sondern letztendlich immer darum, über das Ähnlichkeitsmaß eine echte und für den Patienten verwertbare Aussage über das Maß der Verständlichkeit seiner Artikulation gegenüber dritten Personen zu erhalten, um darauf aufbauend in Trainingsprogrammen die Artikulationsfähigkeit des Patienten gezielt zu verbessern und dies alles, ohne dass ständig ein Logopäde hierfür erforderlich ist.
Die berechneten Ähnlichkeitsmaße werden einem Datenspeicher 9 zugeführt, aus dem sie entweder über eine Schnittstelle 10 vom Arzt oder Therapeuten abgerufen werden können, oder aber von dem aus auch jederzeit eine Abfrage und Anzeige auf einem Monitor 11 erfolgen kann , der mit einer optischen und akustischen Wiedergabeeinrichtung versehen ist. Gegebenenfalls können die Daten im Speicher 9 einer Langzeitbeurteilungsstufe 12 zugeführt werden, die die Veränderungen der Ähnlichkeitsmaße und die daraus möglichen Rückschlüsse auf die Art der Läsionen und etwaige Unzulänglichkeiten bei der Medikation des Patienten errechnen kann.
Ein ganz wesentlicher Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Biofeedbackstufe 13, die die in der Auswertestufe 7 errechneten Ähnlichkeitswerte in Form eines Biofeedbacks, also einer Zahl eines optischen oder akustischen Signals eines gesprochenen oder geschriebenen Textes od. dgl. über den Monitor 11 an den Patienten ausgibt, so dass dieser eine tatsächliche Korrektur und Erfolgskontrolle erhält. Bei 14 ist eine programmierbare Datenbank mit einer Eingabevorrichtung 15 dargestellt, über die der Arzt oder Logopäde besondere Programme eingeben oder vorstrukturieren kann, um gezielte Trainingsblöcke zu erstellen, die abgestimmt auf die besondere Behinderung des jeweiligen Patienten gezielt dessen Defizite fördern können.

Claims (5)

  1. Verfahren und Vorrichtung zur Therapiekontrolle und -optimierung bei Sprachstörungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprache des Patienten aufgezeichnet und über ein Sprachbeurteilungssystem, das Spracherkennungsalgorithmen und eine phonetische Datenbank enthält, ein quantifizierbares Ähnlichkeitsmaß der Artikulationsfähigkeit des Patienten ermittelt wird, das gespeichert und/oder als Biofeedback an den Patienten ausgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von Sprachbeurteilungssystem das Ähnlichkeitsmaß als Korrelationsfaktor der akustischen Spektren der Datenbank-Artikulation und der aktuellen Patientenartikulation errechnet wird.
  3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Sprachaufnahmeeinrichtung (1) mit nachgeschaltetem Speicher (2) und eine phonetische Datenbank (8), die gemeinsam an ein eine Vergleichsstufe (6) und eine Auswertestufe (7) enthaltendes Sprachbeurteilungssystem (5) angeschlossen sind, dem ein Ausgabespeicher und/oder ein Biofeedbackstufe (13) sowie ein Patientenmonitor (11) nachgeschaltet sind, wobei der Sprachaufnahmeeinrichtung (1) und der Vergleichsstufe (6) eine mit Spracherkennungsalgorithmen arbeitende Spracherkennungsstufe (4) zwischengeschaltet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgabespeicher (9) eine Langzeitbeurteilungsstufe (12) der gespeicherten Ähnlichkeitsmaße nachgeschaltet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie als tragbares Trainingsgerät ausgebildet ist.
EP00118613A 1999-10-01 2000-08-28 Verfahren und Vorrichtung zur Therapiekontrolle und- optimierung bei Sprachstörungen Withdrawn EP1089246A3 (de)

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